与非网 5 月 26 日讯,据悉,一个韩国研究团队通过利用三文鱼的 DNA 稳定过锂化层状氧化物(OLO),成功为锂离子电池研发了新一代高容量阴极材料

 

该研究团队由韩国科学技术研究院(Korea Institute of Science and Technology,KIST)储能中心负责人 Kyung Yoon 博士、Sang-Young Lee 教授(韩国国立蔚山科学技术研究院)以及 KIST 纯中心首席研究员 Wonyoung Chang 博士组成。

 

图源:eurekalert.org

 

据了解,在锂离子二次电池中,充放电过程中锂离子在阴阳极之间来回移动的数量决定了电池系统的能量密度。换句话说,研发高容量的阴极材料对于提高锂离子电池的容量至关重要。

 

过锂化层状氧化物可逆容量较高,达 250 mAh/g(现有的商业化材料的可逆容量只有 160 mAh/g),早被认为是新一代阴极材料,能够将电池的储能能力提高 50%以上。不过,OLO 的主要缺点是,在充放电循环过程中,OLO 的分层结构会崩溃,导致膨胀,最终使得电池无法使用。

 

KIST 研究团队将 OLO 表面与内部分成特定区域,并采用透视电子显微镜分析该晶体结构的变化情况。分析结构表明,经过反复的充放电循环,OLO 的表面金属层开始崩溃。

 

于是,该联合研究小组采用了一种对锂离子有很强吸附力的三文鱼 DNA,以控制会导致材料退化的 OLO 的表面结构。不过,该三文鱼 DNA 在水溶液中显出聚集的趋势。为解决该问题,研究小组将碳纳米管(CNT)与三文鱼 DNA 组合成了复合涂层材料。将 DNA/CNT 混合物均匀地放置并附着在 OLO 的表面,从而研发出了新型阴极材料。

 

KIST 研究团队采用了综合先进分析技术(研究各种因素,从单个颗粒到电极),发现 OLO 的电化学特性及其结构稳定性机制都得到了改善。原位 X 射线分析结果也证实,在充放电循环过程中,结构退化得到了抑制,热稳定性得到改进。

 

不过,据了解,这个研究成果其实并不足喜,目前电池厂商遇到的难题是如何提供正极材料的能量密度,从磷酸铁锂变成三元锂就是一个典型的例子,能量密度还是没有超过当前的负极材料。因此负极材料的提升对当下来说并没有很大的意义,出于成本的考虑,也不会很快得到大规模应用。

 

现在车企和电池供应商比较关注的难题,还是在于正负极之间的电解质,如果解决了固态电解质的问题,就可以采用金属锂作为负极材料,其能量密度比过锂化层状氧化物还要高。